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對大腦中神經元行為的新見解可能為識別學習障礙鋪平道路

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-12-17瀏覽次數:588

請記住,老師和家長聽到人們被稱為慢學習者?對于那些花費更多時間處理信息的人來說,這種共同的描述現在有其科學依據。

新加坡國立大學Yong Loo Lin醫學院的科學家發現,人們可以根據腦神經元射擊的速度和時間快速掌握,處理,理解,存儲和使用信息。一個神經元和下一個神經元的發射之間的差距越近,接收,存儲和操縱信息的速度就越大。

換句話說,當談到快速思考時,機會會產生重大影響。

在發現這一發現時,Sajikumar Sreedharan博士和本科生Karen Pang,博士生Mahima Sharma,博士后研究員Krishna Kumar博士 - 來自生理學系 - 以及來自中國的合作者Thomas Behnisch博士提供了基本信息。準確的時間會嚴重影響記憶過程的形成。該研究于2019年3月1日在著名的國際期刊“美利堅合眾國國家科學院院刊”(PNAS)上發表。

適應和從經驗中學習的能力是人類大腦最有趣的特征之一。這個迷人的器官由數十億個連接到許多其他細胞的神經元組成。神經元之間的物理連接稱為突觸,是神經元相互通信的地方。突觸是非常具有可塑性的 - 這些連接可以響應傳入信息而動態增強或衰減。突觸功效的這種變化是學習和記憶形成的基礎。

新加坡國立大學的研究小組發現,海馬體(一種對記憶形成至關重要的大腦區域)的神經元使用各種學習機制。一種這樣的學習形式,稱為“尖峰定時依賴性可塑性(STDP)”,取決于突觸前神經元和突觸后(用于在神經元內傳遞信息的電活動)時間的每對電刺激。神經元(圖1)。突觸前神經元中的電刺激刺激神經元釋放神經遞質,神經遞質穿過突觸以激活突觸后神經元,其中信息被轉換回電尖峰。當突觸前和突觸后神經元同時活動(相隔小于30毫秒)時,它們之間的連接得到增強。然而,

此外,研究人員證明,當突觸前和突觸后峰值同時發生時,突觸強度的增加持續數小時,突觸甚至可以加強弱信息,使其得以存儲。效果是特異性的,僅用于強化這種突觸,而不是用于增強其他突觸變化。該研究揭示了神經元活動在塑造大腦信息處理中的瞬時時間的重要性。

研究人員可以檢測高峰時間的長期影響,因為他們研究突觸變化的持續時間(4小時)比之前研究中使用的持續時間更長,通常不到1.5小時。

已經提出STDP模型來解釋空間和時間序列學習。此外,STDP模型在必須快速完成物體識別和決策的情況下派上用場,例如避免拋射物或朋友識別。例如,當球飛向我們時,我們必須在非常小的時間窗內識別物體及其軌跡,以便快速行動以避免被擊中。同樣,當我們遇到另一個人時,我們必須迅速決定他們是朋友還是敵人。這種識別需要在STDP解釋的活動時間窗內在大腦的各個區域中進行協調動作。

“不幸的是,由于海馬在這種癡呆癥的常見原因中特別受損,大腦根據信息流的精確時間改變的能力可能缺乏受阿爾茨海默病影響的大腦。這種時間差異可以理解為了解如何為大腦提供基礎,以及如何扭轉或緩解這些變化。這可以使臨床醫生幫助患有記憶喪失的患者,“國立大學醫院高級顧問,神經病學,記憶老化主任Christopher Chen博士,說過。認知中心,國立大學衛生系統。

徹底了解影響神經連接的因素對于我們理解大腦中的信息處理至關重要。它還有助于我們了解內存是如何形成的。此外,掌握這些神經計算規則可以幫助指導人工智能技術的構建,例如深度神經網絡,其受到大腦學習機制的啟發。

“在自閉癥譜系障礙的情況下,一些神經系統比其他神經系統更活躍。這可能就是為什么一些自閉癥患者擅長某些任務,如藝術或數學,但很難社交。使用人工智能,它有可能識別更多或更少活躍的神經網絡,并可能使用STDP規則來規范其功能,“Sajikumar博士說。

基于對正常大腦如何計算信息和學習的這種改進的理解,研究人員可以確定可能涉及疾病的進一步研究,如精神分裂癥,抑郁癥,睡眠減退,中風,慢性疼痛,學習障礙和阿爾茨海默病。機制。

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